DE3518950A1 - Method and appliance for generating multi-dimensional images in NMR tomography - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for exciting a sample for NMR tomography, in which the sample in a homogeneous magnetic field is repeatedly subjected to a high-frequency excitation pulse (41 to 43), and the high-frequency nuclear-spin signal obtained is measured employing various gradient fields which serve to code spatial information, and in which the angle, about which the excitation pulse rotates the magnetisation of the nuclear spins, is set to any value desired, typically between 0 DEG and 90 DEG . <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen mehrdimensionaler Method and device for generating multidimensional

Abbildungen in der NMR-Tomographie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mehrdimensionaler Abbbildungen in der NMR-Tomographie, bei dem die zu messende Probe einem entlang einer ersten Koordinatenachse gerichteten Magnetfeld hoher Feldstärke und Homogenität ausgesetzt wird, alsdann Kernspins der Probe durch Einstrahlen eines oder mehrerer Hochfrequenzimpulse um einen Winkel aus der Richtung der Koordinatenachse ausgelenkt und beim Relaxieren der Kernspins zurück in die Richtung der Koordinatenachse Meßsignale erzeugt werden, wobei durch Einschaltung von magnetischen Gradientenfeldern entlang mehrerer Koordinatenachsen die Messsignale entsprechend vorgegebener Raumebenen, -linien oder -punkte codiert werden und schlieB-lich aus den codierten Meßsignalen eine mehrdimensionale Abbildung einer oder mehrerer Querschnittsflächen der Probe erzeugt wird. Images in NMR Tomography The invention relates to a method for generating multidimensional images in NMR tomography, in which the sample to be measured a magnetic field directed along a first coordinate axis high field strength and homogeneity is then exposed to nuclear spins of the sample Radiation of one or more high-frequency pulses at an angle from the direction deflected along the coordinate axis and at Relaxing the nuclear spins back in the direction of the coordinate axis measurement signals are generated, whereby by Activation of magnetic gradient fields along several coordinate axes the measurement signals are coded according to specified spatial levels, lines or points and finally a multidimensional image from the coded measurement signals one or more cross-sectional areas of the sample is generated.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen mehrdimensionaler Abbildungen in der NMR-Tomographie, mit einem ersten Magnetsystem zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes hoher Intensität und Homogenität in einem von einem Halter für eine Probe, insbesondere einen lebenden menschlichen oder tierischen Körper, definierten Raum, mit einem Magnetspulensystem zum Erzeugen von Gradientenfeldern in gleicher oder unterschiedlicher Richtung bezogen auf die Richtung des ersten Magnetfeldes, mit Hochfrequenz-Sendespulen zum Einstrahlen impulsförmiger Hochfrequenzfelder in den Probenraum, mit Hochfrequenz-Empfangsspulen zum Empfangen von von der Probe abgegebenen Meßsignalen, mit Stromversorgungseinheiten zum Ansteuern der Magnetspulensysteme, mit einem Hochfrequenz-Impulsgenerator zum Ansteuern der Hochfrequenz-Sendespulen, mit einer Steuereinheit für die Stromversorgungseinheiten und den Hochfrequenz-Impulsgenerator, und mit einer Auswerteeinheit für die Verarbeitung der von den Hochfrequenz-Empfangsspulen empfangenen Signale, die mit der Steuereinheit zusammenwirkt und die Abbildungen erzeugt.The invention also relates to a device for generating multidimensional Images in NMR tomography, with a first magnet system for generating a first magnetic field of high intensity and homogeneity in one of a holder for defined a sample, in particular a living human or animal body Space, with a magnet coil system for generating gradient fields in the same or different directions in relation to the direction of the first magnetic field, with high-frequency transmitter coils for emitting pulse-shaped high-frequency fields into the sample space, with high frequency receiving coils for receiving from the sample output measurement signals, with power supply units to control the magnet coil systems, with a high-frequency pulse generator to control the high-frequency transmitter coils, with a control unit for the power supply units and the high-frequency pulse generator, and with an evaluation unit for the processing of the high-frequency receiving coils received signals, which interacts with the control unit and the images generated.

Das Verfahren und die Vorrichtung der vorstehend genannten Art sind aus der sogenannten NMR-Toarapie bekannt, wobei die Buchstaben NMR für "Nuclear Magnetic Resonance" stehen.The method and apparatus are of the aforementioned type known from so-called NMR therapy, the letters NMR for "Nuclear Magnetic Resonance ".

Wird die zu untersuchende Probe, beispielsweise ein lebender menschlicher oder tierischer Körper in das Magnetfeld hoher Intensität und Homogenität gebracht, richten sich die Kernspins entlang der Koordinatenrichtung dieses Peldes aus.If the sample to be examined, for example a living human or animal body brought into the magnetic field of high intensity and homogeneity, the nuclear spins align themselves along the coordinate direction of this field.

Durch Einstrahlen von impulsförmigen Hochfrequenz-Magnetfeldern wird nun die Probe "angeregt", d.h. die Kernspins werden aus der durch die Richtung des Magnetfeldes definierten Richtung ausgelenkt.By irradiating pulse-shaped high-frequency magnetic fields Now the sample is "excited", i.e. the nuclear spins are generated from the direction of the Deflected magnetic field defined direction.

Bislang hat man in der NMR-Tomographie ausschließlich sogenannte "90°-Impulse" verwendet, d.h. Impulse, unter deren Wirkung die Kernspins gerade um 90" aus der üblicherweise mit z bezeichneten Richtung des Magnetfeldes in die sogenannte x, y-Ebene ausgelenkt werden, so daß die vor dem Einstrahlen des Impulses ausschließlich longitudinal gerichtete Magnetisierung in eine vollständige transversale Magnetisierung umgewandelt wird. Nach dem Ende des Impulses bildet sich entlang einer Exponentialfunktion der Ausgangszustand wieder zurück, wobei die Zeitkonstante als longitudinale Relaxationszeit T1 bezeichnet wird. Die longitudinale Relaxationszeit derjenigen Substanzen, die für die NMR-Tomographie von Interesse sind, d.h. die Relaxationszeiten von Körperflüssigkeiten, Gewebe und Knochen liegen in der Größenordnung zwischen 0,5 und 2 Sekunden.So far, only so-called "90 ° pulses" have been used in NMR tomography used, i.e. pulses, under the action of which the nuclear spins just 90 "out of the direction of the magnetic field, usually denoted by z, in the so-called x, y-plane are deflected, so that the before the radiation of the pulse exclusively longitudinally directed magnetization into a complete transverse magnetization is converted. After the end of the pulse, an exponential function is formed the initial state back again, with the time constant as the longitudinal relaxation time T1 is designated. The longitudinal relaxation time of those substances that are of interest for NMR tomography, i.e. the relaxation times of body fluids, Tissue and bone are on the order of 0.5 to 2 seconds.

Da man in der NMR-Tomographie komplette Querschnittsbilder darstellen will, benötigt man für jede Messung eine Anzahl von Einzelmessungen, die von der gewünschten Auflösung der Bilddarstellung abhängt. Will man beispielsweise eine Bildmatrix von 256 x 256 Bildpunkten erzeugen, benötigt man hierzu 256 Einzelmessungen.Because you can show complete cross-sectional images in NMR tomography you need a number of individual measurements for each measurement, which are determined by the the desired resolution of the image display. For example, do you want a To generate an image matrix of 256 x 256 pixels, 256 individual measurements are required for this.

Bei den bisher ausschließlich verwendeten 90°-Impulsen für die Anregung der Probe bedeutet dies, daß die Anregunssimpulse aufeinanderfolgender Einzelmessungen zeitlich mindestens so weit beabstandet werden müssen, daß die angeregten Kernspins wenigstens näherungsweise wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren. Dies bedeutet, daß zwischen den Rinzelimpulsen eine Zeit abgewartet werden muß, die größenordnungsmäßig der longitudinalen Relaxationszeit entspricht. Beträgt diese ca. eine Sekunde und sind 256 Einzelmessungen erforderlich, bedeutet dies, daß zum Erzeugen eines vollständigen Querschnittsbildes eine Zeit von ca. 5 Minuten erforderlich ist.In the case of the 90 ° pulses that have only been used up to now for excitation of the sample, this means that the excitation pulses of successive individual measurements must be spaced apart in time at least so far that the excited nuclear spins at least approximately return to their original position. This means, that between the Rinzelimpuls a time must be waited, the order of magnitude corresponds to the longitudinal relaxation time. Is this about one second and 256 individual measurements are required, this means that to generate a complete A time of approx. 5 minutes is required for the cross-sectional image.

Man kann zwar auch ohne Rücksicht auf die noch nicht vollständige Relaxation der Kernspins die Repetitionszeit zwischen den Einzelmessungen auf Werte verkürzen, die kleiner als die Relaxationszeit sind, in diesen Fällen stellt sich jedoch eine drastische Verschlechterung der Signal intensität ein. So kann man typischerweise damit rechnen, daß bei einer longitudinalen Relaxationszeit von einer Sekunde und einer verkürzten Repetitionszeit von 20 ms nur noch eine Signalintensität von 2 verbleibt. Angesichts des bei Tomographie-Messungen ohnehin ungünstigen Signal/Rauschverh+ltnisses sind derartige Messungen praktisch nicht mehr auswertbar.One can, of course, also without regard to the not yet complete Relaxation of the nuclear spins the repetition time between the individual measurements to values shorten, which are smaller than the relaxation time, in these cases it arises however, a drastic deterioration in signal intensity. So typically you can expect that with a longitudinal relaxation time of one second and a shortened repetition time of 20 ms only a signal intensity of 2 remains. In view of the already unfavorable signal / noise ratio in tomography measurements such measurements are practically no longer evaluable.

Andererseits sind die Zeiten von ca. 5 Minuten z,lm Erstellen einer vollständigen und auswertbaren Querschnittsabbildung deswegen problematisch, weil bei lebenden Meßobjekten innerhalb dieser 5 Minuten zahlreiche Störungen auftreten, beispielsweise Artefakte durch Atmllr, rfi IJnruole les Patienten ( tl.On the other hand, the times of about 5 minutes are needed to create a complete and evaluable cross-sectional mapping is problematic because with living test objects numerous disturbances occur within these 5 minutes, for example artifacts from Atmllr, rfi IJnruole les patients (tl.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß komplette und auswertbare Querschnittsdarstellungen in wesentlich kürzerer Zeit möglich werden.The invention is therefore based on the object, the method and to develop the device of the type mentioned so that complete and evaluable cross-sectional representations are possible in a much shorter time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeinäß gemäß dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die Hochfrequenzimpulse in ihrer Amplitude oder zeitlichen Dauer derart eingestellt sind, daß der Winkel kleiner als 90°, typischerweise 5° bis 25° beträgt. Es können auch andere, beliebige Winkel verwendet werden, die von 90" abweichen, also auch Winkel die größer als 90" sind, wie dies noch erläutert wird.This object is achieved according to the invention in accordance with the method mentioned at the beginning solved in that the high-frequency pulses in their amplitude or duration are set such that the angle is less than 90 °, typically 5 ° to 25 ° amounts to. Any other angles other than 90 "can also be used, thus also angles that are greater than 90 ", as will be explained below.

Gemäß der eingangs genannten Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hochfrequenz-Impulsgenerator Mittel zum Einstellen der zeitlichen Dauer und/oder der Amplitude der Hochfrequenz-Impulse auf einen Wert aufweist, bei dem ausgewählte Kernspins der Probe um einen Winkel aus der Richtung des ersten Magnetfeldes ausgelenkt werden, der kleiner als 90°, typischerweise 50 bis 250 beträgt.According to the device mentioned at the beginning, the device on which the invention is based becomes The object is achieved in that the high-frequency pulse generator has means for setting the time duration and / or the amplitude of the high-frequency pulses to a value having selected nuclear spins of the sample at an angle from the direction of the first magnetic field, which is smaller than 90 °, typically 50 to 250.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit vollkommen gelöst.The object on which the invention is based is thus completely achieved.

Durch die grundsätzliche Abkehr der seither ausschließlich verwendeten 90°-Impulse zur Verwendung in der NMR-Tomographie wird auf überraschend einfache Weise ein Ergebnis erzielt, bei dem komplette und auswertbare Querschnittsdarstellungen bereits bei einer Gesamtmeßzeit von 5 Sekunden erzielbar sind. Diese Meßzeit ist physiologisch unproblematisch, weil es beispielsweise durchaus einem Patienten zugemutet werden kann, während einer sehr kurzen Zeitdauer von 5 Sekunden den Atem anzuhalten, wie dies auch seit jeher bei Röntgenaufnahmen der Fall ist.By fundamentally turning away from the exclusively used since then 90 ° pulses for use in NMR tomography is surprisingly simple Way, a result is achieved in which complete and evaluable cross-sectional representations already with a total measuring time of 5 seconds are achievable. This measuring time is physiologically unproblematic because it is, for example, quite can be expected of a patient for a very short period of time of 5 Holding your breath for a few seconds, as has always been the case with X-rays Case is.

Auf diese Weise ergeben sich völlig nee Anwendungsbereiche für die NMR-Tomographie und zwar sowohl für orientierende Messungen mit verhältnismäßig grober Auflösung wie auch für Feinmessungen mit sehr hoher Auflösung. Bei den genannten Meßzeiten von nur 5 Sekunden können auch therapiebegleitende Messungen durchgeführt werden, beispielsweise um den Fortgang einer Operation, einer Geburt oder dergleichen zu überwachen.In this way there are completely new areas of application for the NMR tomography both for indicative measurements with relative coarse resolution as well as fine measurements with very high resolution. With the mentioned Measurement times of only 5 seconds can also be carried out during therapy measurements be, for example, about the progress of an operation, a birth or the like to monitor.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zweidimensionale Abbildung von n x n Bildpunkten aus den Meßsignalen erzeugt, die sich beim n-maligen aufeinanderfolgenden Einstrahlen der Hochfrequenzimpulse unter jeweiligem Umschalten der Gradientenfelder ergeben.In a preferred embodiment of the method according to the invention a two-dimensional image of n x n pixels is generated from the measurement signals, which occur when the high-frequency pulses are emitted n times in succession by switching the gradient fields.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß auf die kiirzest mögliche Art eine komplette Bilddarstellung erfolgt, weil unmittelbar aufeinanderfolgende Anregungsimpulse zur Verarbeitung der Bildpunkte herangezogen werden.This measure has the advantage that in the shortest possible way a complete image display takes place because immediately successive excitation pulses can be used to process the pixels.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß bei vorgegebener longitudinaler Relaxationszeit T1 eines Bestandteiles der Probe die Wiederholzeit TR aufeinanderfolgender Tmpll1se und der Winkel P so eingestellt werlen, lal3 sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem die Zunahme an Magnetisierung der Kernspins durch Einwirkung eines Impulses gerade so groß ist wie die Abnahme an Magnetisierung durch longitudinale Relaxation während der Dauer der Wiederholzeit TR.Another preferred embodiment of the method according to the invention is characterized by the fact that for a given longitudinal relaxation time T1 of a component of the sample, the repetition time TR of successive sessions and the angle P can be adjusted so that a state of equilibrium can be achieved adjusts in which the increase in magnetization of the nuclear spins by the action of a pulse is just as great as the decrease in magnetization due to longitudinal relaxation for the duration of the repetition time TR.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß es sich bereits nach wenigen Anregungsimpulsen ein Gleichgewichtszustand einstellt, der kontinuierliche Messungen ermöglicht.This measure has the advantage that it is already after a few excitation pulses establishes a state of equilibrium that enables continuous measurements.

Besonders bevorzugt bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wenn der Winkel P nach der Beziehung P = arc cos exp (TR/T1) eingestellt wird.Particularly preferred in this embodiment of the invention Method is when the angle P is set according to the relationship P = arc cos exp (TR / T1) will.

Diese Maßnahme hat nämlich den Vorteil, daß sich innerhalb des genannten Gleichgewichtszustandes derjenige Zustand einstellt, bei dem die Signalausbeute für eine vorgegebene Relaxationszeit T1 und eine vorgegebene Wiederholzeit TR maximal ist. Auf diese Weise können nämlich dann gezielte Kontrastmessungen durchgeführt werden, indem man die Impulse oder die Wiederholzeit so einstellt, daß die interessierenden Bestandteile der Probe, deren Relaxationszeit T1 bekannt ist, gerade maximales Signal liefern.This measure has the advantage that within the said The state of equilibrium that sets the state in which the signal yield for a given relaxation time T1 and a given repetition time TR maximum is. In this way, specific contrast measurements can then be carried out by setting the pulses or the repetition time so that the interesting Components of the sample whose relaxation time T1 is known, just maximum signal deliver.

Eine besonders gute Wirkung wird auch dadurch erzielt, daß der Probe Kontrastsubstanzen definierter longitudinaler Relaxationszeit T1 zugeführt werden und daß die Wiederholzeit TR und der Winkel P in Abhängigkeit von dieser Relaxationszeit eingestellt werden.A particularly good effect is also achieved in that the sample Contrast substances are supplied with a defined longitudinal relaxation time T1 and that the repetition time TR and the angle P are dependent on this relaxation time can be set.

Diese Maßnahme hat damit den Vorteil, daß, ähnlich wie dies bei Röntgenmessungen bekannt ist, Kontrastmittel verabfolgt werden können, beispielsweise paramagnetische Ionen, deren Relaxationszeit bekannt ist und die sich bevorzugt an bestimmten interessierenden Gewebeteilen, beispielsweise malignen Tumoren ansiedeln. Durch geeignete Wahl der Kontrastsubstanz und durch geeignete Einstellung der Impulse und der Wiederholzeit kann man dann schnelle Messungen mit maximalem Kontrast durchführen.This measure has the advantage that, similar to X-ray measurements it is known that contrast agents can be administered, for example paramagnetic Ions whose Relaxation time is known and which is preferred settle on certain tissue parts of interest, for example malignant tumors. By a suitable choice of the contrast substance and by a suitable setting of the impulses and the repetition time you can then carry out quick measurements with maximum contrast.

Schließlich ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens noch bevorzugt, bei der die Messung der n Bildpunkte zyklisch wiederholt und die so erhaltenen Einzeldurchgänge einer Mittelwertbildung unterworfen werden.Finally, there is one embodiment of the method according to the invention still preferred in which the measurement of the n pixels is repeated cyclically and the individual runs obtained in this way are subjected to averaging.

Diese Maßnahme, die an sich bekannt ist, hat im vorliegenden Zusammenhang einen besonderen Vorteil. Aufgrund der bereits beschriebenen Maßnahmen sind nämlich die erfindungsgemäß durchgeführten Einzeldurchgänge um mehr als eine Größenordnung schneller als dies seither möglich war, so daß, sofern dieselbe Maßzeit wie seither zur Verfügung steht, diese Zeit dazu ausgenutzt werden kann, um durch zyklische Wiederholung der Messungen und Mittelwertbildung eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses zu erzielen. Man erhält dann in derselben Messzeit wie bisher komplette Querschnittsbilder mit deutlich verbessertem Signal/Rauschabstand.This measure, which is known per se, has in the present context a particular advantage. Because of the measures already described are namely the individual passes carried out according to the invention by more than an order of magnitude faster than this has been possible since then, so that, provided the same measurement time as since then is available, this time can be used for cyclical Repetition of the measurements and averaging improve the signal-to-noise ratio to achieve. Complete cross-sectional images are then obtained in the same measuring time as before with significantly improved signal-to-noise ratio.

Es versteht sich, daß die vorstehend im einzelnen genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale auch jeweils für sich alleine oder in beliebiger anderer Kombination verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above-mentioned in detail and the Features that are explained below also in each case individually or in any desired manner other combination can be used without departing from the scope of the present invention to leave.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatensystems zur Erläuterung der Selektion eines Bildpunktes; Fig. 1 schematische Darstellungen zur Erläuterung des bis 4 Relaxationsvorganges bei Verfahren nach dem Stande der Technik; Fig. 5 Zeitdiagramme von Magnetisierungen und Impulsen nach dem Stande der Technik; Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Signalausbeute bei Verfahren nach dem Stande der Technik; Fig. 7 Zeitdiagramme von Magnetisierungen 1md Impulsen gemäß der Erfindung; Fig. 8 eine schematische Darstellung des Relaxationsvorganges gemäß der Erfindung; Fig. 9 Diagramme zur Erläuterung der Signaloptimierung gemäß der Erfindung; Fig. 10 ein Diagramm zum Vergleich der Signalausbeute nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung; Fig. 11 eine Variante der Darstellung gemäß Fig. 10.The invention is illustrated in the drawing and is described in the following Description explained in more detail. Show it: Fig. 1 is a schematic Representation of a coordinate system to explain the selection of an image point; 1 shows schematic representations to explain the relaxation process up to 4 in the case of processes according to the state of the art; 5 timing diagrams of magnetizations and prior art pulses; 6 is a diagram for explaining the Signal yield in methods according to the prior art; Fig. 7 timing diagrams of Magnetizations 1md pulses according to the invention; 8 shows a schematic representation the relaxation process according to the invention; 9 diagrams to explain the Signal optimization according to the invention; 10 shows a diagram for comparing the signal yield according to the prior art and according to the invention; 11 shows a variant of the representation according to FIG. 10.

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 12 is a block diagram of an embodiment of one according to the invention Contraption.

In Fig. 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem mit aufeinander senkrecht stehende Achsen x, y, z dargestellt. In der NMR-Tomographie wird dieses Koordinatensystem üblicherweise so definiert, daß die Achse z mit der Richtung eines Magnetfeldes hoher Homogenität und Intensität zusammenfällt.In Fig. 1, a Cartesian coordinate system is perpendicular to each other standing axes x, y, z shown. This coordinate system is used in NMR tomography usually defined so that the axis z coincides with the direction of a magnetic field high homogeneity and intensity coincides.

Durch Anlegen von Gradientenfeldern, d.h. Feldern, deren Intensität sich in Richtung einer der Achsen x, y, z ändert, lassen sich Feldprofile erzeugen, bei denen jeder Punkt im Raum in einer bestimmten Weise codiert ist. Wird nun zur Anregung einer Probe ein Hochfrequenzimpuls, d.h. ein Hochfrequenz-Magnetfeld kurzer Dauer eingestrahlt, so ergibt sich aus der Form des Impulses bzw. dessen Frequenzverteilung ein bestimmter Bereich 4 x,2 y, n z auf allen drei Achsen x, y, z, so daß insgesamt ein Volumenelement 10 definiert wird, das bei entsprechender Einstellung und Präzision der Meßwerte ein nahezu punktförmiges Volumen haben kann.By applying gradient fields, i.e. fields whose intensity changes in the direction of one of the axes x, y, z, field profiles can be generated, where every point in space is coded in a certain way. Now becomes the Excitation of a sample is a high frequency pulse, i.e. a short high frequency magnetic field Duration irradiated, then results from the shape of the pulse or its frequency distribution a certain area 4 x, 2 y, n z on all three axes x, y, z, so that a total of a volume element 10 is defined, which with appropriate setting and precision the measured values can have an almost punctiform volume.

Innerhalb des so definierten bzw. codierten Volumenelementes 10 wird eine Kernresonanz angeregt und die erhaltenen Meßsignale, die vom Spinsystem in dem Volumenelement ausgesandt werden, werden ausgewertet, so daß nach einer bestimmten Anzahl von Einzelmessungen ein bestimmter Flächen- oder Raumbereich als Bilddarstellung erzeugt werden kann.Within the thus defined or coded volume element 10 is a nuclear magnetic resonance is excited and the measurement signals obtained, which are generated by the spin system in the volume element are sent out, are evaluated so that after a certain Number of individual measurements of a certain area or space as an image representation can be generated.

Bei allen bisher bekannten Verfahren der NMR-Tomographie wird die Probe zur Anregung der Kernspins einem sogenannten 90°-Hochfrequenzimpuls ausgesetzt, der die im Gleichgewicht in der Richtung z des statischen Magnetfeldes ausgerichtete Magnetisierung der Kernspins um 90" in die x, y-Ebene dreht. Dies ist in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Fig. 2 zeigt den Ruhezustand des Systems, in dem die Gesamtmagnetisierung Mo infolge des wirkenden statischen Magnetfeldes in z-Richtung zeigt, so daß die Magnetisierung M z in z-Richtung mit der Magnetisierung Mg zusammenfällt. Man spricht in diesem Falle von ausschließlich longitudinaler Magnetisierung und eine transversale, d.h. dazu senkrechte Magnetisierung Mx oder My ist Null.In all previously known methods of NMR tomography, the Sample exposed to a so-called 90 ° high-frequency pulse to excite the nuclear spins, which is aligned in equilibrium in the direction z of the static magnetic field Magnetization of the nuclear spin rotates 90 "in the x, y-plane. this is illustrated in Figs. Fig. 2 shows the idle state of the system, in which the total magnetization Mo as a result of the static magnetic field in the z-direction, so that the magnetization M z in the z-direction with the magnetization Mg coincides. In this case one speaks of exclusively longitudinal Magnetization and a transverse, i.e. perpendicular to it, magnetization Mx or My is zero.

Der 900Impuls kann unter Anwesenheit der bereits genannten Selektionsgradienten eingestrahlt werden, die zur Definition des Volumenelementes 10 dienen. Wird nur ein solcher Gradient angelegt, werden nur die Spins innerhalb einer der Bandbreite des Impulses entsprechenden Scheibe, beispielsweise der durch den AbschnittiS z definierten Scheibe senkrecht zur z-Achse angeregt.The 900 pulse can be generated in the presence of the selection gradients already mentioned which are used to define the volume element 10. Will only Such a gradient is created, only the spins are within one of the bandwidth of the pulse corresponding disc, for example the one by the section iS z defined disk perpendicular to the z-axis excited.

Die Magnetisierung der nach dem Ende des 90°-Impulses in der xy-Ebene präzedierenden Spins erzeugt ein hochfrequentes Signal, das unter Anwesenheit sogenannter Besegradienten, d.h. beispielsweise in x oder y-Richtung wirkender Gradienten gemessen wird und Information über die räumliche Verteilung der Kernspins liefert.The magnetization of the after the end of the 90 ° pulse in the xy plane precessing spins generates a high-frequency signal, which in the presence of so-called Brush gradients, i.e. gradients acting in the x or y direction, for example, measured and provides information about the spatial distribution of the nuclear spins.

Das hochfrequente Signal wird entweder direkt oder als sogenannter FID (free induction decay) gemessen oder es werden die unter dem Einfluß der Gradienten auseinanderlaufenden Phasen der Kernspins durch Umkehr der Gradienten oder die Wirkung eines 1800-Impulses wieder zum Zusammenlaufen gebracht, so daß ein sogenanntes Echo entsteht. Es ist auch möglich, durch wiederholte Anwendung der Gradientenumkehr oder von 180°-Impulsen mehrere Echos zu erzeugen und die entsprechenden Signale zu messen. Diese Art der Aufbereitung der Kernspins ist ans ich bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The high-frequency signal is either direct or as a so-called FID (free induction decay) is measured or it is under the influence of the gradient diverging phases of nuclear spins by reversing the gradient or the effect of an 1800-pulse brought together again, so that a so-called echo arises. It is also possible by repeatedly applying the gradient inversion or to generate multiple echoes from 180 ° pulses and the corresponding Measure signals. This type of processing of nuclear spins is known to me and not the subject of the present invention.

Nach Ablauf des 90°-Impulses liegt ein Zustand vor, wie ihn Fig. 7 schematisch darstellt. Die Magnetisierung Mo ist nun ausschließlich transversal, da der Impuls in seiner Breite und Amplitude so bemessen war, daß er die Magnetisierung Mg gerade um 90" drehte.After the 90 ° pulse has elapsed, a state such as that shown in FIG. 7 is present represents schematically. The magnetization Mo is now exclusively transversal, because the pulse was so dimensioned in its width and amplitude that it caused the magnetization Mg just turned 90 ".

In Abwesenheit von Hochfrequenzimpulsen relaxiert nun die Magnetisierung Mo der angeregten Spins wieder zur z-Achse hin, wie dies Fig. 4 andeutet. Bei diesem Relaxationsprozeß geht somit die transversale Magnetisierung Mx y stetig wieder in die longitudinale Magnetisierung Mz über.In the absence of high-frequency pulses, the magnetization now relaxes Mo of the excited spins again towards the z-axis, as FIG. 4 indicates. With this one In the relaxation process, the transverse magnetization Mx y continues steadily into the longitudinal magnetization Mz.

Die longitudinale Magnetisierung M z baut sich entlang einer exponentiellen Funktion auf, deren Zeitkonstante T als longitudinale Relaxationszeit bezeichnet wird.The longitudinal magnetization M z builds up along an exponential Function whose time constant T is called the longitudinal relaxation time will.

Zum Zweck der Datenaufnahme für eine Bildaufnahme muß der Anregungsimpuls n-fach wiederholt werden, wobei von mal zu mal die Stärke und/oder Dauer der angelegten Gradientenfelder verändert wird, um nacheinander unterschiedliche Volumenelemente 10 zu erfassen. Typische Werte für n sind 128 oder 256. Der Zeitabstand zweier aufeinanderfolgender Anregungsimpulse ist üblicherweise konstant und wird als Wiederholzeit TR bezeichnet. Die Dauer der Anregungsimpulse selbst ist stets sehr klein gegenüber TR und für die nachfolgende Betrachtung können Relaxationsvorgänge während der Wirkungsdauer des Impulses vernachlässigt werden.For the purpose of data acquisition for an image acquisition, the excitation pulse be repeated n times, with from time to time the strength and / or duration of the applied Gradient fields are changed to successively different volume elements 10 to capture. Typical values for n are 128 or 256. The time interval between two consecutive ones The excitation pulse is usually constant and is referred to as the repetition time TR. The duration of the excitation pulses themselves is always very small compared to TR and for the following consideration can relaxation processes during the duration of action of the momentum can be neglected.

Werden nach dem 90°-Anregungsimpuls keine weiteren Hochfrequenzimpulse angelegt, so ergibt sich für die longitudinale Magnetisierung Mz eine Zeitfunktion der Form: Mz= Mo(l-exp(-t/Tl)).There are no further high-frequency pulses after the 90 ° excitation pulse applied, a time function results for the longitudinal magnetization Mz of the form: Mz = Mo (l-exp (-t / Tl)).

Zum Zeitpunkt des nächsten Anregungsimpulses beträgt somit die longitudinale Magnetisierung Mz bereits wieder: Mz= MO(l-exp(-TR/T1)) Durch den nachfolgenden 90°-Anregungsimpuls wird diese Magnetisierung M z wieder vollständig in die xy-Ebene gedreht, d.h. sie geht wieder vollständig in transversale Magnetisierung über. Die Stärke der transversalen Magnetisierung unmittelbar nach dem Anregungsimpuls bestimmt die Amplitude des FID und aller eventuell nachfolgend erzeugter Echos. Sie wird daher im folgenden als Signalstärke S bezeichnet.At the time of the next excitation pulse, the longitudinal Magnetization Mz already again: Mz = MO (l-exp (-TR / T1)) By the following 90 ° excitation pulse, this magnetization M z is again completely in the xy plane rotated, i.e. it goes completely into transverse magnetization again. the Strength of the transverse magnetization determined immediately after the excitation pulse the amplitude of the FID and any subsequently generated echoes. she will therefore referred to as signal strength S in the following.

Für alle bisher bekannten Verfahren der NMR-Tomographie, die. wie bereits erwähnt, sämtlich mit 90°-Impulsen arbeiten, gilt demnach für die erzielbare Signalstärke: S=Mo(l-exp(-TRlTl)) Diese Verhältnisse sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Man erkennt in Fig. 5 mit 20 den Verlauf der longitudinalen Magnetisierung MZ, der sich zum Zeitpunkt T1 nach dem Einwirken eines ersten 90°-Impulses 22 in Richtung auf den Ausgangswert M0 zurückbildet, diesen jedoch nicht vollständig erreicht, weil zum Zeitpunkt T2 bereits wieder der nächste 900Impuls 23 einwirkt, der die longitudinale Magnetisierung Mz wieder zu Null macht, worauf sich das Spiel wiederholt, bis zum Zeitpunkt T3 der nächste 900Impuls 24 eingestrahlt wird. Die longitudinale Relaxationszeit T1 kann in der üblichen Weise aus einer Tangente 21 an den Ursprung des Verlaufes 20 ermittelt werden. Die Wiederholzeit TR ist bei der Darstellung in Fig. 5, wie auch in der Praxis, konstant.For all previously known methods of NMR tomography that. how already mentioned, all work with 90 ° pulses, therefore applies to the achievable Signal strength: S = Mo (l-exp (-TRIT1)) These relationships are shown in FIGS. One recognizes in Fig. 5 with 20 the course of the longitudinal magnetization MZ, the at time T1 after the action of a first 90 ° pulse 22 in the direction returns to the initial value M0, but does not fully reach it, because at time T2 the next 900 pulse 23 acts, which makes the longitudinal magnetization Mz back to zero, whereupon the game repeatedly until the next 900 pulse 24 is emitted at time T3. the longitudinal relaxation time T1 can be derived in the usual way from a tangent 21 can be determined at the origin of the course 20. The repetition time TR is at the representation in Fig. 5, as well as in practice, constant.

Fig. 6 zeigt als graphische Darstellung einen Verlauf 30, der die weiter oben formelmäßig entwickelte Signalstärke über dem Verhältnis TROTZ angibt.Fig. 6 shows a graphical representation of a curve 30 that the above indicates the signal strength developed in the form of a formula over the ratio DESPITE.

Die Gesamtmeßzeit für die Erstellung eines Bildes beträgt das n-fache der Wiederholzeit TR. . Die Zahl n der zu Erstellung eines Bildes mindestens notwendigen, unter verschiedenen Gradientenwerten erfolgenden Datenaufnahmen ist durch die Bildmatrixgröße und das Rekonstruktionsverfahren bestimmt. Für die vollständige Bestimmung einer Matrix mit 256 x 256 Bildpunkten nach dem sogenannten 2DFT-Verfahren (Two Dimensional-Fourier-Transform) beträgt n z.B. also 256.The total measuring time for creating an image is n times the repetition time TR. . The number n of the minimum necessary to create an image, Data recordings taking place under different gradient values is determined by the size of the image matrix and determine the reconstruction method. For the complete determination of a Matrix with 256 x 256 pixels according to the so-called 2DFT method (Two Dimensional Fourier Transform) e.g. n is 256.

Wenn man die Gesamtmeßzeit verkürzen will, besteht daher bei gegebener Bildmatrixgröße nur die Möglichkeit, die Wiederholzeit TR zu verkürzen. Dabei nimmt jedoch, wie man der zuletzt entwickelten Gleichung für die Signalstärke und dem Verlauf 30 in Fig. 6 entnehmen kann, die erzielbare Signalstärke bei vorgegebenem T rasch ab. Dieser Effekt ist an sich bekannt und wird in der Fachwelt als "Sättigung" bezeichnet.If you want to shorten the total measuring time, there is therefore a given Image matrix size only allows the repetition time TR to be shortened. It takes However, how to get the last developed equation for signal strength and the Course 30 in Fig. 6 can be seen, the achievable signal strength for a given T off quickly. This effect is known per se and is called "saturation" by experts. designated.

Wie bereits weiter vorne erwähnt wurde, liegen typische Werte von T1 im menschlichen Körper im Bereich zwischen 0,5 und 2 Sekunden. Wenn eine Gesamtmeßzeit von 5 Sekunden bei n = 256 angestrebt wird, so ergibt sich mit TR = 20 ms und T1 = 1000 ms, d.h. einem Wert TR/l1 von 0,02 eine relative Signalstärke von nur noch 2%, bezogen auf die mit sehr großen Werten von TR erzielbare Signalstärke, von Messungen also, bei denen TR so groß ist, daß die Spins des interessierenden Volumenelementes 10 wieder nahezu vollständig relaxieren können. Man kann daher auf dieser Weise zwar (rein theoretisch) die in jenem Falle erforderliche Meßzeit von ca. 5 Minuten auf 5 Sekunden reduzieren, man erhält jedoch nach dem Stand der Technik einen dermaßen starken Verlust an Signalstärke, der angesichts des bei der NMR-Tomographie prinzipiell nicht sehr günstigen Signal/-Rauschverhältnisses nicht hingenommen werden kann, weil die so erzielten Bilder nicht mehr zuverlässig interpretierbar sind.As already mentioned earlier, typical values are T1 in the human body in the range between 0.5 and 2 seconds. If a total measuring time of 5 seconds with n = 256, then with TR = 20 ms and T1 = 1000 ms, i.e. a value TR / l1 of 0.02 a relative signal strength of only 2%, based on the signal strength achievable with very large values of TR, of measurements that is, where TR is so large that the spins of the volume element of interest 10 can relax almost completely again. One can therefore do this in this way although (purely theoretically) the measuring time of approx. 5 minutes required in that case reduce to 5 seconds, but one of this is obtained according to the prior art severe loss of signal strength, which in principle in the case of NMR tomography not very favorable signal-to-noise ratio cannot be accepted, because the images obtained in this way can no longer be reliably interpreted.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung sehen demgegenüber ein Verfahren vor, wie es nachstehend anhand der Fig. 7 bis 12 erläutert wird.The method according to the invention and the device according to the invention on the other hand, provide a method as described below with reference to FIGS. 7 to 12 is explained.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst sich nämlich grundsätzlich von der seither ausschließlich bekannten Verwendung von 90°-Anregungsimpulsen und ersetzt diese Impulse durch einen Impuls mit dem Drehwinkel P, der kleiner als 90°, vorzugsweise sehr viel kleiner ist und typischerweise im Bereich zwischen 5° und 250 liegt. Die sich dabei einstellenden Verhältnisse sind in Fig. 7 und 8 veranschaulicht.This is because the method according to the invention is fundamentally detached from the use of 90 ° excitation pulses, which has only been known since then, and replaced these pulses by a pulse with the angle of rotation P, which is less than 90 °, preferably is very much smaller and is typically in the range between 5 ° and 250. the The conditions which arise are illustrated in FIGS. 7 and 8.

Durch einen Impuls, der nur einen solch kleinen Verdrehwinkel P zur Folge hat, wird die z-Komponente der Magnetisierung nicht vollständig abgebaut (vgl. Fig. 3 beim Stand der Technik) sondern nur geringfügig reduziert. Geht man von einer Anfangsmagnetisierung Me aus, ergibt sich gemäß Fig.By a pulse that only has such a small twist angle P to the Consequence, the z-component of the magnetization is not completely reduced (cf. Fig. 3 in the prior art) but only slightly reduced. If you think of one Initial magnetization Me from, results according to Fig.

8 bei einer Auslenkung um den Winkel P eine verbleibende longitudinale Magnetisierung Me cosP und eine entsprechende transversale Magnetisierung Me sinP.8 with a deflection by the angle P a remaining longitudinal Magnetization Me cosP and a corresponding transverse magnetization Me sinP.

Man erkennt aus Pig. 8 ohne weiteres, daß die Zunahme an transversaler Magnetisierung mit zunehmendem Winkel P zunächst sehr groß ist und sich anschließend immer weiter vermindert. Andersherum ausgedrückt bedeutet dies, daß man bereits mit relativ kleinen Auslenkwinkeln P eine beträchtliche Signalstärke erreichen kann und daß die vollständige Auslenkung der Kernspins um 90" nur noch geringfügige Vorteile bringt.One recognizes from Pig. 8 without further ado that the increase in transversal Magnetization is initially very large with increasing angle P and then changes always further diminished. In other words, this means that one is already with relatively small deflection angles P can achieve a considerable signal strength and that the complete deflection of the nuclear spins by 90 "only has minor advantages brings.

Das in Fig. 7 dargestellte Meßverfahren zeigt, daß bei zyklischem Anlegen von Impulsen 41, 42, 43, die jeweils nur eine Auslenkung um den kleinen Winkel P zur Folge haben, sich ein Verlauf 40 der longitudinalen Magnetisierung ergibt, der vor Anlegen der Impulse 41, 42, 43 jeweils von dem Anfangswert Me ausgeht.The measurement method shown in Fig. 7 shows that with cyclical Application of pulses 41, 42, 43, each of which only has one deflection around the small one Angle P result in a course 40 of the longitudinal magnetization results, which is based on the initial value Me before the pulses 41, 42, 43 are applied.

Geht man von einem Ausgangszustand aus, bei dem alle Kernspins in z-Richtung ausgerichtet sind, ergibt sich nach wenigen Impulsen ein Gleichgewichtszustand, der durch den Wert Me gekennzeichnet ist. Dieser dynamische Gleichgewichtszustand ist durch die Bedingung bestimmt, daß der Verlust an M z durch den Anregungsimpalls durch die während der Zeit TR erfolgende Relaxation gerade wiener ausgetJlichen wird.Assuming an initial state in which all nuclear spins are in are aligned in the z-direction, a state of equilibrium results after a few pulses, which is identified by the value Me. This dynamic state of equilibrium is determined by the condition that the loss of M z due to the excitation pulse This has just been compensated for by the relaxation taking place during the time TR will.

Überträgt man diese Erkenntnis auf die eingangs genannten Gleichungen, ergibt sich für das erfindungsgemäße Verfahren eine Signalstärke von S=Mo sinp(l-exp(-TR/Tl))/(1+exp(-TR/Tl)cosp) Diese Beziehung ist in Fig. 9, parametriert nach TR/Ta aufgetragen. Man erkennt aus den Verläufen 50, 51, 52, daß diese ein ausgeprägtes Maximum aufweisen, so daß sich für jedes Wertepaar TROTZzuein Winkel P ermitteln läßt, bei dem sich eine optimale Signalausbeute ergibt.If one applies this knowledge to the equations mentioned at the beginning, the result for the method according to the invention is a signal strength of S = Mo sinp (l-exp (-TR / Tl)) / (1 + exp (-TR / Tl) cosp) This relationship is plotted in FIG. 9, parameterized according to TR / Ta. One recognises from the curves 50, 51, 52 that these have a pronounced maximum, so that can be determined for each value pair IN spite of an angle P at which an optimal Signal yield results.

Dieser Winkel beträgt POpt=arc cos(exp(-TR/T1)) Die Fig. 10 und 11 zeigen nun, welche Verbesserung sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Stand der Technik ergibt.This angle is POpt = arc cos (exp (-TR / T1)) FIGS. 10 and 11 now show the improvement compared to the method according to the invention the prior art results.

Das Diagramm gemäß Fig. 10 entspricht dem Diagramm gemäß Fig. 6, allerdings ist zum Vergleich mit dem nach dem Stand der Technik erzielbaren Verlauf 30 für die Signalausbeute über dem Wertepaar TR/T noch ein Verlauf 60 für die Signalausbeute nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen.The diagram according to FIG. 10 corresponds to the diagram according to FIG. 6, however is for comparison with the curve 30 achievable according to the prior art for the signal yield over the pair of values TR / T still has a curve 60 for the signal yield applied by the method according to the invention.

Man erkennt aus Fig. 10 deutlich, daß sich durch Optimierung des Winkels P in jedem Fall eine Verbesserung gegenüber den durch den Verlauf 30 dargestellten Verfahren nach dem Stand der Technik ergibt, die nur 90°-Anregungsimpulse verwendeten.It can be seen clearly from Fig. 10 that by optimizing the angle P is in any case an improvement over that represented by curve 30 Prior art methods using only 90 ° excitation pulses.

Fig. 11 zeigt in direktem Vergleich der beiden Verfahren den Signalgewinn in einem Verlauf 70 und man erkennt, daß sich ein dramatischer Signalgewinn für kleine Werte TR/Tl ergibt.11 shows the signal gain in a direct comparison of the two methods in a course 70 and it can be seen that there is a dramatic signal gain for results in small values TR / Tl.

Bei dem oben durchgerechneten Beispielsfall, bei dem nach dem Stand der Technik nur eine Signalausbeute von 2 erzielbar war, ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Steigerung um den Faktor 5, so daß gegenüber dem Fall ohne Sättigung (mit sehr langer Meßzeit) immerhin noch 10% Signalausbeute erzielbar sind gegenüber nur 2% nach dem Stand der Technik. Bei diesem Gewinn läßt sich aber bereits eine deutliche und zuverlässige Aussage aus den so gewonnenen Bildern erzielen.In the example case calculated above, in which according to the status With the technology according to the invention, only a signal yield of 2 was achievable with the technology Method an increase by a factor of 5, so that compared to the case without saturation (with a very long measurement time) a signal yield of at least 10% can be achieved compared to this only 2% according to the state of the art. With this win, however, there is already a Obtain clear and reliable information from the images obtained in this way.

Wie bereits zu Fig. 7 erläutert, sind mehrere Anregungsimpulse erforderlich, bis der dort durch den Wert Me charakterisierte Gleichgewichtszustand erreicht ist. Während dieser Einstellungsphase sinkt die Signalstärke von ihrem durch das thermische Gleichgewicht gegebenen Anfangswert von Mg sinP ab und nähert sich asymptotisch dem dynamischen Gleichgewichtswert. Das Signal/Rauschverhältnis der Bilder kann daher noch weiter verbessert werden, wenn für die Datenaufnahme zur Bildherstellung das durch Anregungen während der Einstellungsphase gewonnene Signal verwendet wird. In diesem Falle ist die Signalintensität in jedem Bildpunkt jedoch nicht mehr eine lokale Punktion der physikalischen Parameter (Spindichte, Relaxationszeiten) in dem durch den Bildpunkt dargestellten Volumenelement.As already explained for Fig. 7, several excitation pulses are required, until the equilibrium state characterized there by the value Me is reached. During this adjustment phase, the signal strength decreases from yours due to the thermal Equilibrium given initial value of Mg sinP and approaches asymptotically the dynamic equilibrium value. The signal / noise ratio of the images can therefore still further improved when used for data acquisition for image production the signal obtained by excitations during the adjustment phase is used. In this case, however, the signal intensity in each pixel is no longer one local puncture of the physical parameters (spin density, relaxation times) in the volume element represented by the pixel.

Es versteht sich, daß die zur Herleitung des optimalen Winkels Popt angezogenen Gleichungen verschiedene Lösungen zulassen, die außerhalb des Intervalls zwischen 0° und 9" liegen. Diese periodischen Lösungen sind selbstverständlich ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sie sind nur der Übersichtlichkeit halber nicht nochmals im einzelnen dargestellt worden.It goes without saying that the Popt used to derive the optimal angle The tightened equations allow different solutions that are outside the interval between 0 ° and 9 ". These periodic solutions are of course also Subject of the present invention, they are only for the sake of clarity not shown again in detail.

P ist eine Funktion von exp (-TR/T1). Der Drehwinopt kel kann daher bei gegebenem TR nur auf einen bestimmten Wert von T1 optimiert werden, obwohl ein Schnittbild durch den menschlichen Körper erfahrungsgemäß Bereiche mit verschiedenen Geweben und damit verschiedenen Werten von T1 erfaßt. Dennoch ergibt sich, wie man aus Fig. 9 ersieht, auch für Bereiche mit nicht optimal angepaßtem Winkel P in vielen Fällen eine beträchtliche Signalverbesserung zu den bekannten Verfahren, bei denen P immer = \;0 war. Dies gilt insbesondere für Substanzen mit kurzen Werten von T1.P is a function of exp (-TR / T1). The Drehwinopt angle can therefore for a given TR can only be optimized to a certain value of T1, although a Experience shows that a section through the human body has different areas Tissues and thus various values of T1 recorded. Still it turns out how to seen from Fig. 9, even for areas with not optimally adapted angle P in many Cases a considerable signal improvement over the known methods in which P was always = \; 0. This is especially true for substances with short values of T1.

Man kann erfindungsgemäß durch Gabe geeigneter Kontrastmittel, die z.B. paramagnetische Ionen enthalten, die Werte von T1 in pathologischen Strukturen, z.B. Tumoren, erheblich verkürzen. Diese Strukturen treten bei Verwendung kleiner Drehwinkel P besonders signalstark und gut gegen ihre mebung kontrastiert hervor. Auch ohne Verwendung von Kontrastmitteln haben die nach dem erfindungsg'einäßen Verfahren erzeugten Bilder einen guten T1-Kontrast, wobei im wesentlichen die Gewebe mit T1-Werten unterhalb des für die Optimierung von P eingesetzten Wertes als signalstark, und oberhalb dieses Wertes als zunehmend signaischwach erschenen. Der Kontrast kann durch Variation von P vernndert und der jeweiligen diagnostischen Fragestellung angepaßt werden.According to the invention, by administering suitable contrast media, the e.g. contain paramagnetic ions, the values of T1 in pathological structures, e.g. tumors, shorten considerably. These structures appear smaller when used Angle of rotation P is particularly strong in signal and contrasts well against your mood. Even without the use of contrast media, those according to the invention have The procedure produced images with a good T1 contrast, essentially showing the tissues with T1 values below the value used for the optimization of P as signal strong, and above this value appear to be increasingly weak. The contrast can changed by varying P and the respective diagnostic question be adjusted.

} . 12 zeigt noch eine Vorrichtung, wie sie zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.}. 12 shows another device as it is used to carry out the inventive Procedure can be used.

Mit 80 ist ein erstes Magnetspulensystem zur Erzeugung des homogenen Hauptfeldes angedeutet, das beispielsweise ein Doppel-Helmholtz-System sein kann. Mit 81 und 82 sind zwei Gradientenspulensysteme angedeutet. Auf einem Probenhalter 83 ruht eine Probe 84, beispielsweise ein lebender mensch3icher oder tierischer Körper. Oberhalb und unterhalb der Probe 84 befinden sich Sendespulen 85, deren Achse senkrecht zur Achse des ersten Magnetspulensystems 80 steht. Zu diesen beiden Achsen wiederum senkrecht sind Empfangsspulen 86 angedeutet.At 80 is a first magnet coil system for generating the homogeneous Main field indicated, which can be, for example, a double Helmholtz system. With 81 and 82 two gradient coil systems are indicated. On a sample holder 83 is a sample 84, for example a living human or animal Body. Above and below the sample 84 are transmission coils 85, the Axis is perpendicular to the axis of the first magnet coil system 80. To these two Receiving coils 86 are indicated again perpendicular to the axes.

Ein Netzgerät 87 dient zur Versorgung des ersten Magnets lensystems 80, während weitere Netzgeräte 88, 89, 90 zur Versorgung der Gradientenspulensysteme 81, 82 usw. dienen, wobei die Verbindungen der Übersichtlichkeit halber im einzelnen nicht dargestellt sind, da diese an sich bekannt sind.A power supply unit 87 is used to supply the first magnet lens system 80, while further power supply units 88, 89, 90 for supplying the gradient coil systems 81, 82, etc. are used, the connections for the sake of clarity in detail are not shown because they are known per se.

Die Netzgeräte 87 bis 90 werden mittels einer Steuerleitung 91 von einer Steuereinheit 92 betätigt, die außerdem über ein Einstellorgan 93 einen Hochfrequenz-Impulsgenerator 94 steuert, der seinerseits an die Sendespulen 85 angeschlossen ist.The power supply units 87 to 90 are by means of a control line 91 from a control unit 92 is actuated, which also has a high-frequency pulse generator via an adjusting element 93 94 controls, which in turn is connected to the transmitter coils 85.

In entsprechender Weise sin die Empfanssp@len 86 an einen Hochfrequenz-Empfänger 95 angeschlossen, der auf eine Auswertinheit 96 arbeitet. Die Auswerteinheit 6 ist ausgangsseitig mit einem Bildschirm 97 und einen, Plotter 98 verbunlet, Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren werden in an sich bekannter Weise von der Steuereinheit 92 die Netzgeräte 87 bis 90 eingestellt und es wird auch der Impulsgenerator 94 betätigt. Allerdings wird mittels des Einstellorganges 93 eine Veränderung der Hochfrequenzimpulse gegenüber dem Stand der Technik insofern vorgenommen, als die vorstehend ausführlich geschilderten Drehwinkel P für die interessierenden Kernspins eingestellt werden.In a corresponding manner, the receiving spools 86 are sent to a high-frequency receiver 95 connected, which works on an evaluation unit 96. The evaluation unit 6 is on the output side with a screen 97 and a plotter 98 connected, To the The method according to the invention is carried out in a manner known per se from the control unit 92 sets the power supply units 87 to 90 and the pulse generator is also set 94 actuated. However, a change in the High-frequency pulses compared to the prior art to the extent that the Angle of rotation P described in detail above for the nuclear spins of interest can be set.

Der Empfang der Messignale über die Empfangsspulen 86, den Hochfrequenzempfänger 95 und die Auswertung in der Auswerteinheit 96 sowie Anzeige auf dem Bildschirm 97 und Plotter 98 erfolgen in ebenfalls ansich bekannter Weise.The reception of the measurement signals via the receiving coils 86, the high-frequency receiver 95 and the evaluation in the evaluation unit 96 and display on the screen 97 and plotter 98 also take place in a manner known per se.

Claims (8)

Patentansprüche Cl Verfahren zum Erzeugen mehrdimensionaler Abbildungen in der NMR-Tomographie, bei dem die zu messende Probe (84) einem entlang einer ersten Koordinatenaehse (z) gerichteten Magnetfeld hoher Feldstärke und Homogenität ausgesetzt wird, alsdann Kernspins der Probe (84) durch Einstrahlen eines oder mehrerer Hochfrequenzimpulse (22 bis 24, 41 bis 43) um einen Winkel (P) aus der Richtung der Koordinatenachse (z) ausgelenkt und beim Relaxieren der Kernspins zurück in die Richtung der Koordinatenachse (z) Meßsignale erzeugt werden, wobei durch Einschaltung von magnetischen Gradientenfeldern entlang mehrerer Koordinatenachsen (x, y, z) die Meßsignale entsprechend vorgegebener Raumebenen, -linien oder -punkte (10) codiert werden und schließlich aus den codierten Meßsignalen eine mehrdimensionale Abbildung einer oder mehrerer Querschnittsflächen der Probe (84) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzimpulse (41 bis 43) in ihrer Amplitude oder zeitlichen Dauer derart eingestellt sind, daß der Winkel (P) kleiner als 90", typischerweise 5° bis 25° beträgt. Claims Cl method for generating multidimensional images in NMR tomography, in which the sample to be measured (84) along a first Coordinate axis (z) directed magnetic field exposed to high field strength and homogeneity then nuclear spins of the sample (84) by irradiating one or more high-frequency pulses (22 to 24, 41 to 43) by an angle (P) from the direction of the coordinate axis (z) deflected and when relaxing the nuclear spins back in the direction of the coordinate axis (z) Measurement signals are generated by switching on magnetic gradient fields along several coordinate axes (x, y, z) the measurement signals are correspondingly predetermined Spatial planes, lines or points (10) are coded and finally from the coded Measurement signals a multidimensional image of one or more cross-sectional areas of the sample (84), characterized in that the high-frequency pulses (41 to 43) are set in their amplitude or duration in such a way that the angle (P) is less than 90 ", typically 5 ° to 25 °. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweidimensionale Abbildung von n mal n Bildpunkten aus den Meßsignalen erzeugt wird, die sich beim n-maligen aufeinanderfolgenden Einstrahlen er Hochfrequenzimpulse (41 bis 43) unter jeweiliges Umschalten der Gradientenfelder ergeben.2. The method according to claim 1, characterized in that a two-dimensional Mapping of n by n pixels is generated from the measurement signals, which are when n-times successive irradiation with high-frequency pulses (41 to 43) respective switching of the gradient fields result. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebener longitudinaler Relaxationszeit (Ti ) eines Bestandteiles der Probe (84) die Wiederholzeit (TR) aufeinanderfolgender Impulse (41 bis 43) und der Winkel (P) so eingestellt werden, daß sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem die Zunahme an Magnetisierung der Kernspins durch Einwirkung eines Impulses (41 bis 43) gerade so groß ist, wie die Abnahme an Magnetisierung durch longitudinale Relaxation während der Dauer der Wiederholzeit TR.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at specified longitudinal relaxation time (Ti) of a component of the sample (84) the repetition time (TR) of successive pulses (41 to 43) and the angle (P) can be adjusted so that a state of equilibrium is established in which the increase in magnetization of the nuclear spins due to the action of an impulse (41 to 43) is just as great as the decrease in magnetization through longitudinal Relaxation for the duration of the repetition time TR. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (P) nach der Beziehung P = arc cos exp (-TR/T1) eingestellt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the angle (P) is set according to the relationship P = arc cos exp (-TR / T1). 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zunächst nicht angeregte Probe (84) Impulse (41 bis 43) eingestrahlt werden und die vor Erreichen des Gleichgewichtszustandes erzeugten Meßsignale zur Erzeugung der Abbildung verwendet werden.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that on the initially non-excited sample (84) pulses (41 to 43) are radiated and the measurement signals generated before the equilibrium state is reached for generation of the illustration can be used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Probe (84) Kontrastsubstanzen definierter longitudinale Relaxationszeit (T1) zugefügt werden und daß die Wiederholzeit (TR) und der Winkel (P) in Abhändigkeit von dieser Relaxationszeit (T1) eingestellt werden.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in, that the sample (84) contrast substances with a defined longitudinal relaxation time (T1) and that the repetition time (TR) and the angle (P) are dependent can be adjusted from this relaxation time (T1). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der n Bildpunkte zyklisch wiederholt und die so erhaltenen Einzeldurchgänge einer Mittelwertbildung unterworfen werden.7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that that the measurement of the n pixels is repeated cyclically and the individual passes thus obtained are subjected to averaging. 8. Vorrichtung zum Erzeugen mehrdimensionaler Abbildungen in der NMR-Tomographie, mit einet ersten Magnetspulensystem (80) zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldes hoher Intensität und Homogenität in einem von einer Halterung (83) für eine Probe (84), insbesondere einen lebenden menschlichen oder tierischen Körper, definierten Raum, mit weiteren Magnetspulensystemen (81, 82) zum Erzeugen von Gradientenfeldern in gleicher oder unterschiedlicher Richtung bezogen auf die Richtung des ersten Magnetfeldes, mit Hochfrequenz-Sendespulen (85) zum Einstrahlen impulsförmiger Hochfrequenz-Pelder in den Probenraum, mit Hochfrequenz-Empfangsspulen (86) zum Empfangen von von der Probe (84) abgegebenen Meßsignalen, mit Stromversorgungseinheiten (87 bis 90) zum Ansteueren der Magnetspulensysteme (80, 81, 82), mit einem Hochfrequenz-Impulsgenerator (94) zum Ansteuern der Hochfrequenz-Sendespulen (85), mit einer Steuereinheit (92) für die Stromversorgungseinheiten (87 bis 90) und des Hochfrequenz-Impulsgenerators (94), und mit einer Auswerteinheit (96) für die Verarbeitung der von den Hochfrequenz-Empfangsspulen (86) empfangenen Signale, die mit der Steuereinheit (92) zusammenwirkt und die Abbildung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Impulsgenerator (94) Mittel (93) zum Einstellen der zeitlichen Dauer und/oder der Amplitude er Hochfrequenz-Impulse (22 bis 24, 41 bis 43) auf einen Wert aufweist, bei dem ausgewählte Kernspins der Probe (84) um einen Winkel (P) aus der Richtung des ersten Magnetfeldes ausgelenkt werden, der kleiner als 90°, typischerweise 5° bis 25° beträgt.8. Device for generating multidimensional images in NMR tomography, with a first magnetic coil system (80) for generating a first magnetic field high intensity and homogeneity in one of a holder (83) for a sample (84), in particular a living human or animal body Room with further magnet coil systems (81, 82) for generating gradient fields in the same or different directions in relation to the direction of the first Magnetic field, with high-frequency transmitter coils (85) for emitting pulse-shaped high-frequency fields into the sample space, with high frequency receiving coils (86) for receiving from the Sample (84) output measurement signals, with power supply units (87 to 90) for Controlling the magnet coil systems (80, 81, 82) with a high-frequency pulse generator (94) for controlling the high-frequency transmitter coils (85), with a control unit (92) for the power supply units (87 to 90) and the high-frequency pulse generator (94), and with an evaluation unit (96) for the processing of the high-frequency receiving coils (86) received signals, which interacts with the control unit (92) and the mapping generated, characterized in that the high frequency pulse generator (94) means (93) for setting the duration and / or the amplitude of the high-frequency pulses (22 to 24, 41 to 43) has a value at which selected nuclear spins of the Sample (84) deflected by an angle (P) from the direction of the first magnetic field which is smaller than 90 °, typically 5 ° to 25 °.